SmFe$_{12}$有限温度磁性质的统计与解析方法研究

为研究SmFe$_{12}$的磁性质,我们构建了一个有效自旋模型,其中0 K下的磁矩、晶体场(CF)参数和交换场由第一性原理确定。利用该模型研究了有限温度磁性质。我们进一步发展了考虑不同角动量量子数$J$($J$-混合)态强混合的解析方法,该混合由作用于4$f$电子自旋分量的强交换场引起。将我们的解析结果与Boltzmann统计计算结果比较,我们阐明以往关于Sm过渡金属化合物的解析研究高估了$J$-混合效应。本方法使我们能够对磁各向异性(MA)的温度依赖性进行高可靠性的定量分析。带模型近似的解析方法揭示,交换场引起的$J$-混合增加了自旋角动量,并通过自旋-轨道相互作用增强了轨道角动量和MA常数的绝对值。还阐明这些J混合效应即使在室温以上也保留。SmFe$_{12}$的磁化呈现称为一级磁化过程(FOMP)的特殊场依赖性,即磁化在特定磁场处呈现突变。分析结果表明FOMP的起源归因于正$K_1$与负$K_2$之间竞争的MA常数。由于Fe在8$i$(8$j$)位点的3$d$电子与Sm位点的5$d$和6$p$价电子杂化引起的记为参数$A_2^0\langle r^2\rangle$($A_4^0\langle r^4\rangle$)的CF势增加,$K_{1(2)}$的符号出现。验证了FOMP出现的条件为$-K_2<K_1<-6K_2$。